(57)【要約】【課題】  放電灯点灯装置の予熱制御回路のスイッチ素子の過電圧による破壊を防止すること。【解決手段】  一対のスイッチ素子Ｑ１、Ｑ２の駆動により直流電源Ｅから生成した高周波電圧で熱陰極形の放電灯１ａ、１ｂを点灯させるインバータ回路２と、インバータ回路のスイッチ素子を駆動して放電灯の予熱・始動・点灯の動作状態を制御するインバータ制御回路３と、結合コンデンサＣ６、コアにギャップがない予熱用変成器Ｔ２の一次巻線及び予熱用スイッチ素子Ｑ３の直列回路と、予熱用スイッチ素子の両端に並列接続されたコンデンサＣ７とを有し、インバータ制御回路の制御による放電灯の予熱・始動の動作状態で放電灯のフィラメントに電流を流して予熱し、放電灯の点灯の動作状態で放電灯のフィラメントに流れる電流を抑制する予熱制御回路４とを備えてなるものである。【選択図】        図１
2006286260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子の駆動により直流電源から生成した高周波電圧で熱陰極形の放電灯を点灯させるインバータ回路と、
該インバータ回路のスイッチング素子を駆動して前記放電灯の予熱・始動・点灯の動作状態を制御するインバータ制御回路と、
結合コンデンサ、コアにギャップがない予熱用変成器の一次巻線及び予熱用スイッチ素子の直列回路と、前記予熱用スイッチ素子の両端に並列接続されたコンデンサとを有し、
該インバータ制御回路の制御による前記放電灯の予熱・始動の動作状態で前記放電灯のフィラメントに電流を流して予熱し、前記放電灯の点灯の動作状態で前記放電灯のフィラメントに流れる電流を抑制する予熱制御回路と、
を備えることを特徴とする放電灯点灯装置。
【請求項２】
前記予熱制御回路は前記インバータ回路の出力端子間に接続され、該予熱制御回路の結合コンデンサの両端に、前記インバータ回路の出力端子側がカソードとなるようにダイオードを並列接続したことを特徴とする請求項１記載の放電灯点灯装置。
【請求項３】
前記インバータ制御回路は、前記インバータ回路が発振を開始する前に前記予熱制御回路の予熱用スイッチ素子をオンさせると共に、該予熱用スイッチ素子のオンからオフへの制御を前記インバータ回路の発振周波数の一周期の時間より長い時間で行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の放電灯点灯装置。
【請求項４】
前記予熱制御回路の予熱用スイッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放電灯点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱陰極形の放電灯を高周波点灯させる放電灯点灯装置に係り、特に予熱制御回路のスイッチング素子の過電圧による破壊を防止するようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電灯点灯装置は、一対のスイッチング素子の駆動により直流電源から生成した高周波電圧で熱陰極形の放電灯を点灯させるインバータ回路と、該インバータ回路のスイッチング素子を駆動して前記放電灯の予熱・始動・点灯の動作状態を制御するインバータ制御回路と、該インバータ制御回路の制御による前記放電灯の予熱・始動の動作状態で前記放電灯のフィラメントに電流を流して予熱し、前記放電灯の点灯の動作状態で前記放電灯のフィラメントに流れる電流を抑制する予熱制御回路とを備え、前記予熱制御回路は、コンデンサ、予熱トランスの一次巻線及び予熱スイッチの直列回路とからなるものである。
【０００３】
そして、電源が投入されると、インバータ制御回路はインバータ回路の一対のスイッチング素子を駆動して放電灯には点灯できない程度の共振電圧を印加するよう制御する。このとき、予熱制御回路の予熱スイッチはオンしており、予熱トランスに矩形波状の高周波電圧が印加され、それが予熱トランスの二次巻線から放電灯のフィラメントに印加され、フィラメントを加熱して放電灯の予熱が行われる。
それから所定の時間が経過すると、インバータ制御回路はインバータ回路の一対のスイッチング素子を駆動して放電灯が点灯できるような共振電圧を印加するように制御し、放電灯を始動させ、その後インバータ回路の一対のスイッチング素子の駆動周波数を変化させて放電灯を通常点灯させる。このとき、予熱制御回路の予熱スイッチはオフして、予熱トランスの一次側への高周波電圧の印加が遮断されるため、二次側に流れるフィラメント電流は殆ど零になる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１９３０７５号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の放電灯点灯装置では、予熱制御回路の予熱スイッチにＭＯＳＦＥＴを使用した場合において、放電灯の予熱・始動が行われ、それから放電灯が点灯状態となった時に、予熱スイッチであるＭＯＳＦＥＴがオフさせられるが、その時に予熱トランスの洩れインダクタンス分と、ＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間及びドレイン・ゲート間の合成容量の共振により、ＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間にはインバータ回路の発振周波数の毎サイクル毎にサージ的な電圧が印加されるため、高耐圧の予熱用スイッチ素子が必要であり、場合によっては予熱用スイッチ素子が過電圧で破壊してしまう等の問題点があった。
本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、予熱制御回路の予熱用スイッチ素子の過電圧による破壊を防止することができる放電灯点灯装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る放電灯点灯装置は、スイッチング素子の駆動により直流電源から生成した高周波電圧で熱陰極形の放電灯を点灯させるインバータ回路と、該インバータ回路のスイッチング素子を駆動して前記放電灯の予熱・始動・点灯の動作状態を制御するインバータ制御回路と、結合コンデンサ、コアにギャップがない予熱用変成器の一次巻線及び予熱用スイッチ素子の直列回路と、前記予熱用スイッチ素子の両端に並列接続されたコンデンサとを有し、該インバータ制御回路の制御による前記放電灯の予熱・始動の動作状態で前記放電灯のフィラメントに電流を流して予熱し、前記放電灯の点灯の動作状態で前記放電灯のフィラメントに流れる電流を抑制する予熱制御回路とを備えてなるものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は以上説明したとおり、予熱制御回路の一部を構成する予熱用変成器はコアにギャップがない構造としたので、予熱用変成器の一次側の洩れインダクタンス分の洩れ磁束がでなくなり、予熱制御回路のＬＣ共振要素がなくなることにより、予熱制御回路の予熱用スイッチ素子をオンからオフにした場合に、インバータ回路の発振の毎サイクル毎に発生するサージ的な高電圧が抑制されるため、予熱制御回路の一部を構成する予熱用スイッチ素子を必要以上に高耐圧品を選定する必要がなく、過電圧で破壊するおそれもなくなり、さらにその予熱用スイッチ素子の両端にコンデンサが並列接続されることで、予熱制御回路内の結合コンデンサとで分圧され、予熱用スイッチ素子の両端電圧は更に低く抑えられるため、過電圧に対する信頼性が向上するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図、図２は予熱制御回路のＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧波形を示し、（ａ）は従来例の波形図、（ｂ）は実施の形態１の波形図である。
図１において、本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置は、一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の駆動により直流電源Ｅから生成した高周波電圧で熱陰極形の放電灯１ａ、１ｂを点灯させるインバータ回路２と、インバータ回路２のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を交互に駆動して放電灯１ａ、１ｂの動作状態を制御するインバータ制御回路３と、放電灯１ａ、１ｂのフィラメントに流れる電流を制御する予熱制御回路４とを備えて大略構成されている。
【０００８】
直流電源Ｅに、インバータ回路２の一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の直列回路が接続されている。そのスイッチング素子Ｑ２の両端には、結合コンデンサＣ６、予熱用変成器Ｔ２の一次巻線Ｐ２、予熱用スイッチ素子Ｑ３の直列回路と、予熱用スイッチ素子Ｑ３の両端に並列接続された分圧用のコンデンサＣ７とで構成される予熱制御回路４が並列接続されている。その予熱用スイッチ素子Ｑ３はインバータ制御回路３によってオン・オフ駆動される。
予熱制御回路４の予熱用変成器Ｔ２の二次巻線Ｓ１はコンデンサＣ４を介して放電灯１ａのフィラメントＦ１の両端子に接続され、そのフィラメントＦ１のコンデンサＣ４と接続されていない端子はバラストチョークＴ１の一次巻線Ｐ１を介してスイッチング素子Ｑ２の一端と接続されている。
【０００９】
また、予熱用変成器Ｔ２の二次巻線Ｓ２はコンデンサＣ５を介して放電灯１ｂのフィラメントＦ４の両端子に接続され、そのフィラメントＦ４のコンデンサＣ５と接続されていない端子はコンデンサＣ３を介してスイッチング素子Ｑ２の他端と接続されている。
さらに、予熱用変成器Ｔ２の二次巻線Ｓ３はバラストチョークＴ１の二次巻線Ｓ４を介して放電灯１ａのフィラメントＦ２と放電灯１ｂのフィラメントＦ３の直列回路に接続されている。コンデンサＣ２の両端はフィラメントＦ１のコンデンサＣ４と接続されている端子とフィラメントＦ４のコンデンサＣ５と接続されている端子にそれぞれ接続されている。
【００１０】
次に、本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の動作について図１に基づいて説明する。
インバータ回路２は、インバータ制御回路３からスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２への駆動信号により、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が交互にオン・オフ動作し、バラストチョークＴ１の一次巻線Ｐ１及び放電灯１ａ、１ｂとこれに並列接続されたコンデンサＣ２及びコンデンサＣ３からなる負荷回路とに矩形波状の高周波電圧を印加し、放電灯１ａ、１ｂを正弦波状の高周波で点灯させるものである。
【００１１】
電源が投入されると、インバータ制御回路３はインバータ回路２の一対のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を高い周波数で駆動して発振を開始し、放電灯１ａ、１ｂには点灯しない程度の低い共振電圧が印加される。このとき、インバータ制御回路３は予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３をオンしており、予熱用変成器Ｔ２の一次巻線Ｐ２には矩形波状の高周波電圧が印加され、それが予熱用変成器Ｔ２の二次巻線Ｓ１、Ｓ２からコンデンサＣ４、Ｃ５を介して放電灯１ａ、１ｂのフィラメントＦ１、Ｆ４に印加され、フィラメントＦ１、Ｆ４を予熱する。また、予熱用変成器Ｔ２の二次巻線Ｓ３及びバラストチョークＴ１の二次巻線Ｓ４に発生する電圧は放電灯１ａ、１ｂのフィラメントＦ２、Ｆ３に印加され、フィラメントＦ２、Ｆ３を予熱する。
【００１２】
それから所定の時間、予熱を行った後、インバータ制御回路３はインバータ回路２の駆動周波数を低い周波数に変化させ、放電灯１ａ、１ｂを点灯させる高い共振電圧を印加して放電灯１ａ、１ｂを点灯させる。
その後、インバータ制御回路３はインバータ回路２の駆動周波数を点灯周波数に変化させ、通常点灯状態に移行させる。また、このとき、インバータ制御回路３は予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３をオフさせる。そうすると、予熱用変成器Ｔ２の一次巻線Ｐ２への高周波電圧の印加が遮断されるため、予熱用変成器Ｔ２の二次側から流れるフィラメント電流は殆ど零となる。これにより、放電灯１ａ、１ｂの点灯時のフィラメント電流による損失を殆どなくすることができる。
【００１３】
この実施の形態１では、上述したように、放電灯１ａ、１ｂの予熱・始動が行われ、放電灯１ａ、１ｂが点灯状態となり、予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３をオフする時に予熱用変成器Ｔ２の洩れインダクタンス分の洩れ磁束によってインバータ回路２の発振周波数の毎サイクル毎にサージ的な電圧が発生するが、予熱制御回路４の一部を構成する予熱用変成器Ｔ２はコアにギャップがない構造としたので、予熱用変成器Ｔ２の洩れインダクタンス分の洩れ磁束がでなくなり、予熱制御回路４にＬＣ共振要素がなくなる。そのため、インバータ回路２の発振の毎サイクル毎のサージ的な高電圧が抑制され、予熱制御回路４の一部を構成する予熱用スイッチ素子を必要以上に高耐圧品を選定する必要がなく、過電圧で破壊するおそれもなくなった。
【００１４】
また、予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３にＭＯＳＦＥＴを使用することにより、予熱用スイッチ素子Ｑ３の駆動は電圧駆動となるため、予熱用スイッチ素子Ｑ３のオン・オフの駆動制御を簡単に行うことができることとなった。
さらに、予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３の両端にコンデンサＣ７が並列接続されることで、予熱制御回路４内の結合コンデンサＣ６とで分圧され、予熱用スイッチ素子Ｑ３の両端電圧は更に低く抑えられるため、過電圧に対する信頼性がより一層向上したものとなった。
【００１５】
図２の（ａ）を見ると、従来例の予熱制御回路のＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧波形には、予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３のオフ時におけるインバータ回路２の矩形波の立ち上り時にサージ電圧が発生していることが分かるが、図２の（ｂ）を見ると、本発明の実施の形態１のＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧波形には、予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３のオフ時におけるインバータ回路２の矩形波の立ち上り時にサージ電圧の発生が抑制されていることが分かる。
【００１６】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図、図４は放電灯点灯装置の各部位の電圧波形を示し、（ａ）は従来例の波形図、（ｂ）は実施の形態２の波形図である。
この実施の形態２で、実施の形態１と同様の構成は同一符号を付して重複した構成の説明を省略する。
この実施の形態２では、予熱制御回路４の一部を構成する結合コンデンサＣ６の両端に、インバータ回路２の出力端子側がカソードとなるようにダイオードＤ１が並列接続されている。
【００１７】
この実施の形態２は、放電灯１ａ、１ｂの予熱・始動が行われ、放電灯１ａ、１ｂが点灯状態となり、予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３をオフしているときで、放電灯１ａ、１ｂのフィラメントＦ１、Ｆ４が断線した時には、予熱制御回路４の予熱用変成器Ｔ２の二次側が開放されて一次側だけとなるため、予熱用変成器Ｔ２は等価的にインダクタンス値が小さくなる。
この場合、予熱制御回路４の両端、即ちスイッチング素子Ｑ２のドレイン−ソース（Ｄ−Ｓ）間の電圧は矩形波なので、結合コンデンサＣ６に接続されている予熱用変成器Ｔ２の一次巻線Ｐ２と予熱用スイッチ素子Ｑ３の直列回路の両端の電圧も矩形波となるが、予熱用スイッチ素子Ｑ３のドレイン−ソース（Ｄ−Ｓ）間、即ちコンデンサＣ７の両端の電圧は、予熱用変成器Ｔ２の一次巻線Ｐ２の上述した小さくなったインダクタンス値とコンデンサＣ７の容量により、矩形波の傾きが変化して三角波状となる。
【００１８】
そして、この場合のコンデンサＣ７（予熱用スイッチ素子Ｑ３のＤ−Ｓ間）の電圧は、次式で表すことができる。
Ｃ７の電圧＝Ｑ２のＤ−Ｓ間の電圧−Ｃ６の電圧−Ｔ２のＰ１の電圧
上記式において、Ｑ２のＤ−Ｓ間の電圧は一定、Ｔ２のＰ１の電圧もほぼ一定である。
このときの結合コンデンサＣ６の充放電を考えると、充電の場合には結合コンデンサＣ６の電圧は、マイナス方向に充電されてしまうため、上記式を成立させるのにはコンデンサＣ７（予熱用スイッチ素子Ｑ３のＤ−Ｓ間）の電圧で結合コンデンサＣ６の電圧のマイナス方向分を補う必要があるため、予熱用スイッチ素子Ｑ３はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２より高い電圧が印加される場合がある。そのため、予熱用スイッチ素子Ｑ３はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２より高耐圧の部品が必要になる。
そこで、この実施の形態２では、結合コンデンサＣ６の両端に、インバータ回路２の出力端子側がカソードとなるようにダイオードＤ１を並列接続するようにしたので、ダイオードＤ１により結合コンデンサＣ６のマイナス方向の充電が抑制されるため、予熱用スイッチ素子Ｑ３を必要以上に高耐圧にしなくて済むこととなった。
【００１９】
図４の（ａ）を見ると、従来例の予熱制御回路のＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧の三角波形は、高い電圧が発生していることが分かるが、図４の（ｂ）を見ると、本発明の実施の形態２のＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧の三角波形は、低い電圧が発生していることが分かる。
なお、結合コンデンサＣ６の電圧も従来例より本実施の形態２では低くなっており、予熱用変成器Ｔ２の一次巻線Ｐ２の電圧は従来例と本実施の形態２でも変化がないことが分かる。
【００２０】
実施の形態３．
この実施の形態３は、放電灯１ａ、１ｂの予熱・始動が行われ、それから放電灯１ａ、１ｂが点灯状態となった時に予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３がオフさせられる場合における予熱用スイッチ素子Ｑ３の動作時間に関するものである。
この実施の形態３では、インバータ制御回路３は、インバータ回路２が発振を開始する前に予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３であるＭＯＳＦＥＴをオンさせるようにしたので、ＭＯＳＦＥＴのドレイン・ソース間に過電圧が印加されるのを抑制できる。
さらに、ＭＯＳＦＥＴのオンからオフへの制御を、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を徐々に下げてインバータ回路２の発振周波数の一周期の時間より長い時間（例えば０．３秒かけて）で行うことにより、予熱制御回路４内のコンデンサＣ７と、インバータ回路２、予熱制御回路４等を構成するプリント基板の配線パターン等によるインダクタンス成分とのＬＣ共振回路が構成されても、逆起電力の発生が抑えられて共振電圧が発生しないため、ＭＯＳＦＥＴのオンからオフ時にドレイン・ソース間に過電圧が印加されるのを抑制することができる。
【００２１】
図５の（ａ）を見ると、本発明の実施の形態１の予熱制御回路のＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧波形には、予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３のオフ時におけるインバータ回路２の矩形波の立ち上り時にサージ電圧が発生していることが分かるが、図５の（ｂ）を見ると、本発明の実施の形態３のＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧波形には、予熱制御回路４の予熱用スイッチ素子Ｑ３のオフ時におけるインバータ回路２の矩形波の立ち上り時にサージ電圧の発生が抑制されていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図。
【図２】予熱制御回路のＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧波形を示し、（ａ）は従来例の波形図、（ｂ）は実施の形態１の波形図。
【図３】本発明の実施の形態２に係る放電灯点灯装置の構成を示す回路図。
【図４】放電灯点灯装置の各部位の電圧波形を示し、（ａ）は従来例の波形図、（ｂ）は実施の形態２の波形図。
【図５】放電灯点灯装置の予熱制御回路のＭＯＳＦＥＴのドレイン−ソース間の電圧波形とフィラメント電流の波形図を示し、（ａ）は実施の形態１の波形図、（ｂ）は実施の形態３の波形図。
【符号の説明】
【００２３】
１ａ，１ｂ  放電灯、２  インバータ回路、３  インバータ制御回路、Ｅ  直流電源、Ｑ１  スイッチング素子、Ｑ２  スイッチング素子、Ｑ３  予熱用スイッチ素子（ＭＯＳＦＥＴ）、Ｔ１  バラストチョーク、Ｐ１、Ｐ２  一次巻線、Ｓ１〜Ｓ４  二次巻線、Ｔ２  予熱用変成器、Ｃ６  結合コンデンサ、Ｃ７  コンデンサ。
【図１】
2006286260.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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